DE19721649A1 - Process for producing a mixed crystal powder with low electrical resistance - Google Patents
Process for producing a mixed crystal powder with low electrical resistanceInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mischkristallpulvers mit geringem elektrischem Widerstand durch die Reaktion mindestens zweier Reaktionspartner in einem Plasmalichtbogen einer eine Einfüllöffnung für die Reaktionspartner und eine Auslaßöffnung mit einer Gaszufuhrvorrichtung aufweisenden Plasmakammer zu einem Material, wobei als erster Reaktionspartner eine schmelzflüssige Metallegierung und als zweiter Reaktionspartner ein Gas verwendet werden, sowie ein danach hergestelltes Mischkristallpulver, insbesondere ein Indium-Zinn-Oxid- Mischkristallpulver und seine Verwendung.The invention relates to a method for producing a mixed crystal powder with low electrical resistance through the reaction of at least two reactants in one Plasma arc with a filling opening for the reactants and an outlet opening a gas supply device having plasma chamber to a material, being the first Reactant a molten metal alloy and as a second reactant Gas are used, as well as a mixed crystal powder produced thereafter, in particular a Indium tin oxide mixed crystal powder and its use.
Zur Herstellung von Mischkristallpulvern sind verschiedene Verfahren bekannt. Besonderes Interesse wird in zahlreichen Veröffentlichungen Indium-Zinn-Oxid (ITO) Pulvern und ihrer Herstellung gewidmet, wobei diese für ITO-Sputtertargets verwendet werden. In diesem Zusammenhang wird eine hohe elektrische Leitfähigkeit der Targets als ein wünschenswertes Merkmal angesprochen im Hinblick auf die mit den ITO-Targets zu erzielenden hohen Sputterraten. Diese Eigenschaft der Targets wird neben dem Anteil an metallischer Phase wesentlich durch den spezifischen elektrischen Widerstand des für die Herstellung der Targets mittels Sinterung verwendeten ITO-Pulvers bestimmt. In ähnlicher Weise verlangt eine mittels ITO-Paste hergestellte gut leitfähige Schicht ein ITO-Pulver mit einem entsprechend geringen elektrischen Widerstand.Various processes are known for producing mixed crystal powders. Special Interest in numerous publications indium tin oxide (ITO) powders and their Manufacturing dedicated, which are used for ITO sputtering targets. In this High electrical conductivity of the targets is considered a desirable relationship Characteristic addressed with regard to the high achievable with the ITO targets Sputtering rates. This property of the targets is in addition to the proportion of metallic phase essentially by the specific electrical resistance of the for the manufacture of the targets determined by means of sintering ITO powder. In a similar way, one requires means ITO paste produced a highly conductive layer an ITO powder with a correspondingly low electrical resistance.
In EP 386 932 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines ITO-Pulvers offenbart, das auf der thermischen Zersetzung von aufkonzentrierten Mischsalzen aus Indium-Zinn-Acetaten basiert. Durch dieses aufwendige Verfahren werden ITO-Pulver mit besonderen Eigenschaften in Bezug auf ihre Korncharakteristik erhalten. Derartige Pulver werden zu Targets weiterverarbei tet, mit denen in Vakuumbeschichtungsanlagen ITO-Filme erzeugt werden. Weiterhin werden in EP 386 932 Angaben zur elektrischen Leitfähigkeit dieser ITO-Filme gemacht, nicht jedoch über die elektrische Leitfähigkeit bzw. über den elektrischen Widerstand des ITO-Pulvers oder über die diese Eigenschaft beeinflussenden Prozeßparameter.EP 386 932 A1 discloses a method for producing an ITO powder based on thermal decomposition of concentrated mixed salts based on indium tin acetates. This complex process makes ITO powders with special properties Obtained in terms of their grain characteristics. Such powders are further processed into targets with which ITO films are produced in vacuum coating systems. Furthermore, in EP 386 932 made information on the electrical conductivity of these ITO films, but not about the electrical conductivity or the electrical resistance of the ITO powder or about the process parameters influencing this property.
Ein weiteres chemisches Verfahren für die Herstellung von ITO-Pulvern ist das durch Fällung und anschließende Kalzinierung von In-Hydroxid aus einer In-Nitratlösung und Sn-Hydroxid aus einer Sn-Chloridlösung. Quantitative Angaben über den spezifischen elektrischen Widerstand dieser wie der oben erwähnten ITO-Pulver sind jedoch im allgemeinen nicht verfügbar. Ebensowenig werden Zusammenhänge zwischen dem spezifischen elektrischen Widerstand der Mischkristallpulver und einzelnen Prozeßmerkmalen bei den Verfahren zur Herstellung derartiger Pulver angegeben.Another chemical process for the production of ITO powders is by precipitation and then calcining In hydroxide from an In nitrate solution and Sn hydroxide an Sn chloride solution. Quantitative information about the specific electrical resistance however, like the ITO powder mentioned above, they are generally not available. Likewise, there are no connections between the specific electrical resistance the mixed crystal powder and individual process features in the manufacturing processes such powder specified.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Mischkristallpulvers, insbesondere von Indium-Zinn-Oxid Pulver anzugeben, das einen geringen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Weiter soll sich das Mischkristallpulver ohne weitere Maßnahmen, wie beispielsweise eine Glühung unter reduzierender Atmosphäre, zur Weiterverarbeitung in pulvermetallurgischen Verfahren eignen.It is therefore an object of the invention to provide a process for producing a mixed crystal powder, in particular of indium tin oxide powder, which has a low specific has electrical resistance. The mixed crystal powder should continue without further Measures, such as annealing in a reducing atmosphere, for Further processing in powder metallurgical processes are suitable.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das im Plasmalichtbogen reagierte Material an der Auslaßöffnung der Plasmakammer mit einem Gasstrom beaufschlagt wird, der das Material mit einer Abkühlrate im Bereich von 105 K/s bis 108 K/s auf eine Temperatur zwischen 50°C und 400°C abkühlt, wobei ein Mischkristallpulver entsteht.The object is achieved in that the material reacted in the plasma arc is acted upon at the outlet opening of the plasma chamber with a gas stream which cools the material to a temperature between 50 ° C. and in the range from 10 5 K / s to 10 8 K / s and 400 ° C cools, whereby a mixed crystal powder is formed.
Die elektrische Leitfähigkeit bzw. deren Kehrwert, der spezifische elektrische Widerstand, wird
von folgenden Faktoren beeinflußt bzw. optimiert:
The electrical conductivity or its reciprocal, the specific electrical resistance, is influenced or optimized by the following factors:
- - Maximierung der Konzentration der elektrischen Ladungsträger durch "Einfrieren" der sich bei Schmelztemperatur im Gleichgewicht befindenden Anionenleerstellen.- Maximizing the concentration of electrical charge carriers by "freezing" the itself vacant anion vacancies at melting temperature.
- - Gleichmäßige und vollständige Verteilung der Atome der zur Mobilität der Ladungsträger beitragenden Dotierungselemente im Mischkristallgitter.- Even and complete distribution of the atoms necessary for the mobility of the charge carriers Contributing doping elements in the mixed crystal lattice.
- - Hohe Dichte der durch die Kristallisation des erschmolzenen Oxids entstandenen einzelnen Mischkristallteilchen.- High density of the resulting from the crystallization of the melted oxide individual mixed crystal particles.
Die vorgenannten Mechanismen bezüglich Konzentration und Mobilität der Ladungsträger, die den spezifischen elektrischen Widerstand beeinflussen, werden in US 5,580,641 insbesondere für Indium-Zinn-Oxid näher erläutert. Hier wird unter anderem erklärt, daß die Ladungsträger sowohl auf die zudotierten Sn-Atome als auch auf die Sauerstoffleerstellen zurückzuführen sind. Da Sn ein Element der Gruppe IV und In ein Element der Gruppe III des Periodensystems ist, erhöhen sowohl die Sn-Atome als auch die Sauerstoffleerstellen die Konzentration der überschüssigen Elektronen im In2O3-Kristallgitter. Da In2O3 teils ionische, teils kovalente Bindungseigenschaften aufweist (während Si oder Ge als "klassische" Halbleiter mit kovalenter IV-IV-Bindung betrachtet werden können), haben die überschüssigen Elektronen eine hohe Mobilität. In US 5,580,641 wird weiterhin gezeigt, daß durch die Implantation von Sauerstoff ionen in ITO-Schichten sowohl die Sauerstoffleerstellen als auch die Elektronen-Donatoren als Ladungsträger eliminiert und die Schichten weitestgehend in Isolatoren umgewandelt werden können.The aforementioned mechanisms with regard to concentration and mobility of the charge carriers, which influence the specific electrical resistance, are explained in more detail in US Pat. No. 5,580,641, in particular for indium tin oxide. Here it is explained, among other things, that the charge carriers are due both to the doped Sn atoms and to the oxygen vacancies. Since Sn is a Group IV element and In is a Group III element of the periodic table, both the Sn atoms and the oxygen vacancies increase the concentration of the excess electrons in the In 2 O 3 crystal lattice. Since In 2 O 3 has partly ionic, partly covalent binding properties (while Si or Ge can be regarded as "classic" semiconductors with a covalent IV-IV bond), the excess electrons have a high mobility. No. 5,580,641 furthermore shows that the implantation of oxygen ions in ITO layers eliminates both the oxygen vacancies and the electron donors as charge carriers and the layers can be largely converted into insulators.
Den Zusammenhang zwischen spezifischem elektrischem Widerstand und der Konzentration bzw. Mobilität der Ladungsträger in undotiertem und mit Zinn-dotiertem Indium-Oxid- Einkristallen wird von S. J. Wen et al., Journal of Solid State Chemistry 101, 203-210 (1992) "Electrical Properties of Pure In2O3 and Sn-Doped In2O3 Single Crystals and Ceramics" behandelt. Es wird dabei festgestellt, daß bei den undotierten Einkristallen die Mobilität der Ladungsträger mit zunehmender Konzentration abnimmt. Durch das Zudotieren von Zinn nehmen sowohl Konzentration als auch Mobilität der Ladungsträger zu, was zum bekannten Minimum des elektrischen Widerstands bei einem SnO2-Anteil von etwa 10 Mol-% führt. Die hier beschriebenen, undotierten Indium-Oxid-Einkristalle werden bei Temperaturen zwischen 1250°C und 1300°C gezüchtet und weisen Ladungsträgerkonzentrationen von etwa 1,8 × 1019 cm-3 auf. Mit Zinn dotierte Einkristalle zeigen höhere Ladungsträgerkonzentrationen, nämlich bis 2,8 × 1020 cm-3. Nach US 5,580,641 weisen typische ITO-Schichten mit einem geringen spezifischen elektrischen Widerstand Sauerstoffleerstellenkonzentrationen und Zinn-Elek tronen-Donatoren-Konzentrationen von jeweils ca. 3 × 1020 cm-3 auf.The relationship between specific electrical resistance and the concentration or mobility of the charge carriers in undoped and tin-doped indium oxide single crystals is described by SJ Wen et al., Journal of Solid State Chemistry 101, 203-210 (1992) "Electrical Properties of Pure In 2 O 3 and Sn-Doped In 2 O 3 Single Crystals and Ceramics ". It is found that with undoped single crystals the mobility of the charge carriers decreases with increasing concentration. The addition of tin increases both the concentration and mobility of the charge carriers, which leads to the known minimum electrical resistance with an SnO 2 content of about 10 mol%. The undoped indium oxide single crystals described here are grown at temperatures between 1250 ° C and 1300 ° C and have charge carrier concentrations of approximately 1.8 × 10 19 cm -3 . Single crystals doped with tin show higher charge carrier concentrations, namely up to 2.8 × 10 20 cm -3 . According to US 5,580,641, typical ITO layers with a low specific electrical resistance have oxygen vacancy concentrations and tin-electron donor concentrations of approximately 3 × 10 20 cm -3 each.
Anhand von diesen Berichten ist es klar, daß hohe Konzentrationen von Sauerstoffleerstellen und Elektronen-Donatoren im Indium-Oxid-Mischkristallgitter zu hohen elektrischen Leitfähig keiten bzw. niedrigem spezifischem Widerstand führen. Weiter ist festzustellen, daß die Konzentration der Sauerstoffleerstellen in einem oxidischen Mischkristall erhöht werden kann, wenn dieser als Festkörper einer möglichst hohen Temperatur ausgesetzt und dieser Zustand bei niedrigerer Temperatur stabilisiert wird, indem man rasch abgekühlt. Als möglichst hohe Temperatur ist hierbei eine Temperatur knapp unter dem Schmelzpunkt zu verstehen.From these reports it is clear that high concentrations of oxygen vacancies and electron donors in the indium oxide mixed crystal lattice to high electrical conductivity or low specific resistance. It should also be noted that the Concentration of the oxygen vacancies in an oxidic mixed crystal can be increased, when it is exposed to the highest possible temperature as a solid and this state is stabilized at a lower temperature by cooling rapidly. As high as possible Temperature is a temperature just below the melting point.
Ausgehend von dieser Betrachtung wird für die Herstellung eines Mischkristallpulvers mit einem geringen elektrischen Widerstand ein Verfahren ausgewählt, bei dem durch die Reaktions behandlung einer entsprechend dotierten, metallischen Schmelze und anschließendes rasches Abkühlen ein Mischkristallpulver erzeugt wird, das sich sowohl durch einen geringen spezifischen Widerstand mit einer damit einhergehenden hohen Wärmeleitfähigkeit, als auch durch eine hohe Schütt- und Preßdichte auszeichnet. Das Verfahren basiert auf dem aus DE 195 40 379 bekannten Verfahren, wobei sich gezeigt hat, daß das im Plasmalichtbogen bei ca. 2000°C bis 3000°C reagierte Material beim Austragen aus der Plasmakammer mit einer Abkühlrate größer 105 K/s abgekühlt werden muß, um ein Mischkristallpulver mit einem niedrigen elektrischen Widerstand zu erzielen.Based on this consideration, a method is selected for the production of a mixed crystal powder with a low electrical resistance, in which a mixed crystal powder is produced by the reaction treatment of a correspondingly doped metallic melt and subsequent rapid cooling, which is characterized both by a low specific resistance with a associated high thermal conductivity, as well as a high bulk and compression density. The process is based on the process known from DE 195 40 379, and it has been shown that the material reacted in the plasma arc at approximately 2000 ° C. to 3000 ° C. is cooled with a cooling rate of more than 10 5 K / s when discharged from the plasma chamber in order to obtain a mixed crystal powder with a low electrical resistance.
Vorteilhaft ist eine Abkühlrate des Mischkristallpulvers im Bereich zwischen 106 K/s und 108 K/s. Bei extrem hohen Abkühlraten größer 108 K/s besteht allerdings die Gefahr, daß das Misch kristallpulver nicht kristallin, sondern amorph erstarrt, was andere Pulvereigenschaften hervorruft.A cooling rate of the mixed crystal powder in the range between 10 6 K / s and 10 8 K / s is advantageous. At extremely high cooling rates greater than 10 8 K / s, however, there is a risk that the mixed crystal powder will not solidify, but amorphous, which causes other powder properties.
Die Geschwindigkeit des Gasstromes, der für die Abkühlung des Materials verantwortlich ist, liegt vorteilhafterweise im Bereich zwischen 300 m/s und 500 m/s.The velocity of the gas flow responsible for cooling the material is advantageously in the range between 300 m / s and 500 m / s.
Es hat sich bewährt, daß als erster Reaktionspartner, der in die Plasmakammer eingeführt wird, eine Indium-Zinn-Legierung verwendet wird und als zweiter Reaktionspartner Sauerstoff. Mit diesen beiden Reaktionspartnern führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einem Indium- Zinn-Oxid-Mischkristallpulver, das mindestens 90 Vol-% Mischkristallphase im Kristallgitter von Indium-Oxid aufweist.It has proven useful that the first reaction partner that is introduced into the plasma chamber is an indium-tin alloy is used and oxygen as the second reactant. With The process according to the invention leads to these two reaction partners to an indium Tin oxide mixed crystal powder containing at least 90 vol% mixed crystal phase in the crystal lattice Has indium oxide.
Bei dem Indium-Zinn-Oxid(ITO)-Mischkristallpulver führt die rasche Abkühlung aus der Zinn-dotierten Indium-Oxid-Schmelze zu einer optimalen Verteilung der Zinn-Atome auf Indium-Gitterplätze im Indium-Oxid-Kristallgitter, was, wie oben erläutert, einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand des ITO-Mischkristallpulvers bewirkt. In the case of the indium tin oxide (ITO) mixed crystal powder, the rapid cooling leads to the Tin-doped indium oxide melt for optimal distribution of the tin atoms Indium lattice sites in the indium oxide crystal lattice, which, as explained above, is low specific electrical resistance of the ITO mixed crystal powder.
Dieses ITO-Pulver, auf 40% seiner theoretischen Dichte verdichtet, zeigt einen spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von 0,01 Ω cm bis 20 Ω cm. Der spezifische Widerstand wird an dem ITO-Pulver ermittelt, indem es in eine einfache Preßform gefüllt und an einer uniaxialen Presse auf mehr als 40% seiner theoretischen Dichte verdichtet wird. Während des Verdichtens wird kontinuierlich bei einem konstanten Strom der Spannungsabfall über den Preßling gemessen und dadurch der spezifische elektrische Widerstand ermittelt, wobei Ober- und Unterstempel der Preßform als Elektrode bzw. Gegenelektrode fungieren. Die wiederholte Messung an mehreren Herstellchargen des ITO-Pulvers hat den geringen spezifischen elektrischen Widerstand immer wieder bestätigt. Selbst als Pulverschüttung mit einer Klopf dichte von 2,7 g/cm3 weist das ITO-Pulver einen spezifischen elektrischen Widerstand von höchstens 10 Ω cm auf.This ITO powder, compressed to 40% of its theoretical density, shows a specific electrical resistance in the range from 0.01 Ω cm to 20 Ω cm. The specific resistance is determined on the ITO powder by filling it into a simple mold and compressing it to more than 40% of its theoretical density on a uniaxial press. During the compression, the voltage drop across the compact is continuously measured at a constant current and the specific electrical resistance is thereby determined, the upper and lower punches of the press mold acting as an electrode and counterelectrode. The repeated measurement on several batches of ITO powder has repeatedly confirmed the low specific electrical resistance. Even as a powder filling with a tap density of 2.7 g / cm 3 , the ITO powder has a specific electrical resistance of at most 10 Ω cm.
Der geringe spezifische elektrische Widerstand bzw. die hohe elektrische Leitfähigkeit des ITO-Mischkristallpulvers geht mit einer entsprechend hohen Ladungsträgerkonzentration einher. Die Ladungsträgerkonzentration des erfindungsgemäßen Pulvers liegt im Bereich von 5 × 1020 cm-3 bis 30 × 1020 cm-3.The low specific electrical resistance or the high electrical conductivity of the ITO mixed crystal powder is associated with a correspondingly high charge carrier concentration. The charge carrier concentration of the powder according to the invention is in the range from 5 × 10 20 cm -3 to 30 × 10 20 cm -3 .
Vorteilhafterweise weist das ITO-Pulver eine spezifische Oberfläche gemäß Brunauer-Emmett- Teller (BET) von maximal 3 m2/g bei einer mittleren Primärteilchengröße im Bereich von 0,03 µm bis 0,2 µm auf. Hierbei ist zu beachten, daß die Kombination von relativ geringer BET-Oberfläche mit ebenfalls kleiner Primärteilengröße nur dann zustande kommt, wenn es sich um porenfreie, annähernd kugelförmige Partikel handelt. Die Erfahrung mit dem Pulver zeigt weiterhin, daß es eine günstige Korncharakteristik aufweist, was die Verarbeitbarkeit gegenüber marktüblichen ITO-Pulvern deutlich verbessert. Letzteres wird bereits bei der Pulverpräparation durch Verdichten für die vergleichenden Widerstandsmessungen sehr anschaulich: Marktübliches ITO-Pulver erfordert anfänglich einen relativ hohen Preßdruck, um eine ausreichende Verdichtung zu erlangen, während bei dem erfindungsgemäßen ITO-Pulver allein schon durch Klopfen oder Vibrieren eine für die Widerstandsmessung geeignete Verdichtung erzielt werden kann. Kornform und Korngrößenverteilung sind bei dem erfindungsgemäßen ITO-Pulver für die Verarbeitung, insbesondere für die Formgebung durch Pressen, optimal abgestimmt.The ITO powder advantageously has a specific surface area according to Brunauer-Emmett-Teller (BET) of at most 3 m 2 / g with an average primary particle size in the range from 0.03 μm to 0.2 μm. It should be noted here that the combination of a relatively small BET surface area and also a small primary part size only occurs when the particles are pore-free, approximately spherical. Experience with the powder also shows that it has a favorable grain characteristic, which significantly improves the processability compared to commercially available ITO powders. The latter becomes very clear already during the powder preparation by compaction for the comparative resistance measurements: commercially available ITO powder initially requires a relatively high compression pressure in order to achieve sufficient compaction, while in the ITO powder according to the invention, one by tapping or vibrating alone for the resistance measurement suitable compression can be achieved. The shape and size distribution of the ITO powder according to the invention are optimally matched for processing, in particular for shaping by pressing.
Anhand folgender Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden:
Für das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Anlage mit einer langgestreckten, annähernd
paraboloide Plasmakammer ausgewählt, die an ihrem einen Ende eine Einlaßöffnung für die
Indium-Zinn-Schmelze (90,4 Gew.-% In/9,6 Gew.-% Sn) als ersten Reaktionspartner und für
den auf 40 Vol-% Sauerstoff angereicherten Luftgasstrom als zweiten Reaktionspartner auf
weist. Die beiden Reaktionspartner reagieren in dem Plasmalichtbogen, der im Zentrum der
sich verjüngenden, paraboloiden Plasmakammer stabilisiert ist. Durch eine der Einlaßöffnung
gegenüberliegenden Auslaßöffnung wird das reagierte Material aus der Plasmakammer aus
getragen und mittels eines an der Auslaßöffnung über eine Gaszuführeinrichtung ein
strömenden Gases beschleunigt. Der hier wirkende Gasstrom besteht ebenfalls aus einem
Luftstrom und hat eine Geschwindigkeit von 420 m/s. Auf einer Strecke von 30 cm wird durch
den Gasstrom ein ITO-Mischkristallpulver mit einer Endtemperatur von ca. 350°C erhalten. Es
zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:
spezifische Oberfläche nach BET: 2,3 m2/g;
mittlere Primärteilchengröße: 0,15 µm (Meßverfahren REM Rasterelektronenmikroskop);
spezifischer elektrischer Widerstand bei 40% theor. Dichte: 2 Ω cm.The invention will be explained in more detail using the following exemplary embodiments:
For the process according to the invention, a system with an elongated, approximately parabolic plasma chamber is selected which has an inlet opening for the indium-tin melt (90.4% by weight In / 9.6% by weight Sn) at one end first reaction partner and for the air gas stream enriched to 40 vol% oxygen as the second reaction partner. The two reactants react in the plasma arc, which is stabilized in the center of the tapered, paraboloid plasma chamber. The reacted material is carried out of the plasma chamber through an outlet opening opposite the inlet opening, and a flowing gas is accelerated by means of a gas supply device at the outlet opening. The gas flow acting here also consists of an air flow and has a speed of 420 m / s. An ITO mixed crystal powder with a final temperature of approximately 350 ° C. is obtained over a distance of 30 cm from the gas stream. It is characterized by the following properties:
BET specific surface area: 2.3 m 2 / g;
average primary particle size: 0.15 µm (measurement method SEM scanning electron microscope);
specific electrical resistance at 40% theoretical density: 2 Ω cm.
Für die Widerstandsmessung wird die aus Fig. 1 ersichtliche Anordnung gewählt. Das ITO-Pulver 1 wird in eine mit einer Matritze 2 und einem Ober- und einem Unterstempel 3, 4 ausgestatteten Preßvorrichtung 5 gefüllt, wobei Ober- und Unterstempel 3, 4 sich während des Preßvorgangs aufeinander zu bewegen. Die Oberflächen des Ober- und des Unterstempels 3, 4 sind mit Goldkontakten 6 versehen, die mit einem Stromgeber bzw. einem Meßumformer verbunden sind, so daß bei konstantem Strom, in der Fig. 1 mit dem Symbol I gekennzeich net, kontinuierlich während des Verdichtens des ITO-Pulvers 1 in der Matritze 2 der Span nungsabfall (in Fig. 1 symbolisiert durch U) über der verdichteten Pulverprobe gemessen wer den kann.The arrangement shown in FIG. 1 is selected for the resistance measurement . The ITO powder 1 is filled into a pressing device 5 equipped with a die 2 and an upper and a lower punch 3 , 4 , the upper and lower punch 3 , 4 moving towards one another during the pressing process. The surfaces of the upper and lower punches 3 , 4 are provided with gold contacts 6 , which are connected to a current transmitter or a measuring transducer, so that at constant current, marked with the symbol I in FIG. 1, continuously during the compression of the ITO powder 1 in the die 2 of the voltage drop (symbolized by U in FIG. 1) measured over the compressed powder sample who can.
Im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen, nach dem oben angeführten Beispiel hergestellten ITO-Pulver wird ebenfalls mit der Anordnung gemäß Fig. 1 an einem marktüblichen ITO-Pulver der spezifische Widerstand ermittelt.In comparison to the ITO powder according to the invention, produced according to the example given above, the specific resistance is likewise determined with the arrangement according to FIG. 1 on a commercially available ITO powder.
Der Verlauf des spezifischen elektrischen Widerstands über der Dichte des erfindungsgemäßen (Kurve 1) ITO-Pulvers im Vergleich mit dem eines marktüblichen ITO-Pulvers (Kurve 2) sind in Fig. 2 aufgetragen. Die Werte für den spezifischen elektrischen Widerstand sind logarithmisch aufgetragen. Als Vergleichswert für den spezifischen elektrischen Widerstand soll der Meßwert bei einer Dichte von 3 g/cm3 herangezogen werden. Dies entspricht etwa 40% theoretischer Dichte (ca. 7,14 g/cm3) von Indium-Zinn-Oxid. Das erfindungsgemäße ITO-Pulver zeigt hier einen spezifischen elektrischen Widerstand von 2 Ω cm und liegt damit in seinem spezifischen Widerstand um etwa zwei Zehnerpotenzen unter dem des marktüblichen ITO-Pulvers.The course of the specific electrical resistance over the density of the (curve 1 ) ITO powder according to the invention in comparison with that of a commercially available ITO powder (curve 2 ) is plotted in FIG. 2. The values for the specific electrical resistance are plotted logarithmically. The measured value at a density of 3 g / cm 3 should be used as a comparison value for the specific electrical resistance. This corresponds to about 40% theoretical density (approx. 7.14 g / cm 3 ) of indium tin oxide. The ITO powder according to the invention shows a specific electrical resistance of 2 Ω cm and is therefore in its specific resistance about two orders of magnitude lower than that of the commercially available ITO powder.
Das so qualifizierte, erfindungsgemäße ITO-Mischkristallpulver wird zur weiteren Verwendung in einer evakuierten Kapsel aus Edelstahl bei einem Druck von 50 MPa und einer Temperatur von 970°C während 4 Stunden heißisostatisch gepreßt. Die durch das erfindungsgemäße Her stellverfahren in dem ITO-Mischkristallpulver als Ladungsträger erhaltenen, "eingefrorenen" Sauerstoffleerstellen bleiben bei diesem Sinterverfahren (im Gegensatz zu drucklosem Sintern unter Luftatmosphäre) weitgehend im Material vorhanden und gewährleisten so eine hohe Ladungsträgerkonzentration in dem aus dem Pulver gefertigten Target, das nach dem Heißisostatischpressen als Platte (Dicke 8 mm) aus dem Sinterblock herausgeschnitten und in einer Magnetron-Sputteranlage eingesetzt wird. Mittels eines solchen Targets wird auf ein Glas substrat eine ITO-Schicht abgeschieden, die eine Ladungsträger-Konzentration von 10,1 × 1020 cm-3 aufweist. Die Ladungsträgerkonzentration der ITO-Schicht entspricht der des erfindungs gemäßen ITO-Mischkristallpulvers.The ITO mixed crystal powder according to the invention, which is qualified in this way, is hot isostatically pressed for 4 hours for further use in an evacuated capsule made of stainless steel at a pressure of 50 MPa and a temperature of 970 ° C. The "frozen" oxygen vacancies obtained as charge carriers by the manufacturing process according to the invention in the ITO mixed crystal powder remain largely present in the material in this sintering process (in contrast to pressureless sintering in an air atmosphere) and thus ensure a high charge carrier concentration in the target made from the powder, which is cut out of the sinter block as a plate (8 mm thick) after hot isostatic pressing and used in a magnetron sputtering system. Using such a target, an ITO layer is deposited on a glass substrate, which has a charge carrier concentration of 10.1 × 10 20 cm -3 . The charge carrier concentration of the ITO layer corresponds to that of the ITO mixed crystal powder according to the invention.
Claims (8)
Priority Applications (10)
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